Хімічний зв’язок і будова молекул. Конденсований стан речовини.

Приклад 1. Яку валентність, обумовлену неспарованими електронами (спінвалентність), може виявляти фосфор у нормальному і збудженому станах?

Р

s p d

₁₅P ↑↓ ↑↓

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

ішення. Розподіл електронів зовнішнього енергетичного рівня фосфору ...3 s² 3p³ (з огляду на правило Хунда, 3s² 3p_x 3p_y 3p_z) по квантових комірках має вид:

Атоми фосфору мають вільні d-орбіталі, тому може відбуватися перехід одного 3s-електрона в 3d-стан:

s p d

₁₅P ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

Відповідно валентність (спінвалентність) фосфору в нормальному стані дорівнює трьом, а в збудженому – п’яти.

Приклад 2. Що таке гібридизація валентних орбіталей? Яку будову мають молекули типу AB_n, якщо зв’язок в них утвориться за рахунок sp-, sp²-, sp³- гібридизації орбіталей атома А?

Рішення. Теорія валентних зв’язків (ВЗ) припускає участь в утворенні ковалентних зв’язків не тільки „чистих” АО, але і „змішаних”, так званих гібридних, АО. При гібридизації первісна форма й енергія орбіталей (електронних хмар) взаємно змінюються й утворюються орбіталі (хмари) нової однакової форми й однакової енергії. Число гібридних орбіталей дорівнює числу вихідних. Відповідь на поставлене питання відображена у табл.

Тип молекул	Вихідні орбіталі атома А	Тип гібридизації	Число гібридних орбіталей атома А	Просторова конфігурація молекули
AB2 AB3 AB4	s + p s + p + p s + p + p + p	sp sp2 sp3	2 3 4	Лінійна Трикутна Тетраедрична

Приклад 3. Визначте, у чому полягають суть і причини гібридизації атомних орбіталей. Наведіть приклад сполуки з sp³- гібридизацією, покажіть геометрію молекули.

Рішення. В утворенні хімічних зв’язків можуть брати участь електрони різних енергетичних станів і, таким чином різні за формою і енергією атомні орбіталі. Проте експериментально доведено, що у молекулі всі зв’язки завжди ідентичні за енергією і розташовані симетрично навколо центрального атома. Метод валентних зв’язків (ВЗ) передбачає гібридизацію (змішування) вихідних атомних орбіталей і утворення гібридних орбіталей, однакових за формою і енергією. Повнота перекривання гібридних орбіталей з орбіталями сусіднього атома вище, що компенсує витрати енергії на гібридизацію.

У сполуці ССl₄ в результаті sp³ гібридизації атома вуглецю 4 гібридні орбіталі симетрично розміщуються в просторі навколо нього і зумовлюють тетраедричну форму молекули.